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地球科学

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Undersea光纤监测地震活动和海浪

11 Dec 2019
底座电缆
地震阵列:研究人员使用了前20公里(粉红色)的海底电缆,从莫斯登陆到蒙特雷加速研究系统(火星)。还显示了Gilroy的地震震中和以前未明确的断层区域(黄色圆圈)。 (礼貌:Nate Lindsey)

扩展的海底光纤电信电缆网络可用于测量海上地震,并揭示海洋下面的地质结构。这是美国的研究人员的主张,他通过在加利福尼亚蒙特雷海湾的一部分电缆中展示了该概念,以检测一个小地震。它们还能够映射以前未知的地质故障并检测海浪产生的地震信号。

大约70%的地球表面被海洋和水下地震信号覆盖,可以提供有关近海地震危害,水下火山,海洋运动和海洋生物的信息。然而,今天,我们测量这些信号的能力非常有限,主要依赖于海底上的昂贵和难以放置的监控站 - 这形成了一个非常拼凑的网络。

“对海底地震学有巨大需求。任何仪器都进入海洋,即使只是距离岸边的前50公里,也会非常有用,“团队成员说 Nate Lindsay. 伯克利加州大学。

在他们的新学习中,Lindsay和同事合作了 Craig Dawe. 在蒙特利湾水族馆研究所,拥有一个51公里的水下光缆,于2009年的海底放置在海底上,连接到海洋传感器网络的中央节点。在研究时,去年3月,电缆是脱机的年度维护,释放团队的地震实验。

分布式声学传感

要将电缆转换为地震测量工具,团队使用称为分布式声学感测的技术。这涉及通过电缆发送激光的短脉冲。如果电缆被拉伸和变形 - 即使通过微小的量 - 光线也会向上散射电缆并被检测器拾取。

使用干涉式技术,研究人员可以从电缆的各个2米部分测量反向散射器。通过这种方式,该团队使用了电缆的前20公里,创建了一系列10,000个单独运动传感器,可以以前所未有的分辨率和规模监测海洋中的地震活动和环境噪音。

“这些系统对每米长的纳米变化对数百米米的变化敏感,”团队成员说 Jonathan Ajo-Franklin,谁是在劳伦斯伯克利国家实验室的基础。他补充说,“这是一个分裂的一亿。”

使用该电缆,研究人员在蒙特里湾区的四天内记录了广泛的地震活动 - 包括3.4地震,内陆45公里。海洋和风暴波,其测量结果显示为符合浮标和陆地地震仪的录像。该团队甚至能够使用地震散射来映射本地SAN Gregorio故障系统,并检测其内部的先前未知的故障。

“地震学前沿”

“这真的是对地震学前沿的一项研究,第一次使用近海光纤电缆来看待这些类型的海洋影像信号或用于成像故障结构,”Ajo-Franklin说。

“这项研究表明,使用现有的光纤电缆作为以新的方式为像素的传感器阵列,表示,伯克利地球物理主义者 迈克尔芒果,谁没有参与该研究。 “这里,他们已经确定了之前未检测到的假设波浪。”

这一方法对火山学家来说也非常感兴趣,Notes Helmholtz Center Potsdam Geoscientist Philippe Jousset.。 “80%的火山活动发生在海洋中,”他解释道。 “由于无法进入,对火山结构的特征知之甚少,以及他们出汗的特点。”

据Ajo-Franklin称,最终目标是使用数百万公里的纤维电缆,这些电缆在世界各地编织它们 - 都在陆地和水下 - 形成全球地震跟踪网络。这将是一种低成本的方式,不仅可以将我们的地球物理监测能力扩展到海洋,而且对那些土地上的地区,与地震 - 易于加利福尼亚州不同 - 没有自己丰富的昂贵地震站。

然而,该团队必须首先表明他们的方法可以部署在所使用的电缆上,而不是坐在蒙特利电缆上。它们必须证明激光脉冲可以通过电缆穿过电缆而不破坏正常数据传输。研究人员还进一步分析了他们的蒙特利湾数据,并计划在加利福尼亚州南海南部地质上活道地区进行了另一种方法。

研究描述了 科学.

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